新版化工原理课后答案

1、天天快乐3.在大气压力为101.3kPa的地区，一操作中的吸收塔内表压为130kPa。若在大气压力为75kPa的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？p=p+p=101.3+130=231.3KPa解：绝a表p=p-p=231.3-75=1563.KPa表绝a1-6为测得某容器内的压力，采用如图所示的U形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m3,h=0.8m,R=0.45m。试计算容器中液面上方的表压。P+Pgh=pgh0解.p=/典-pgm=13.6x103x9.81x0.45-900 x9.81x0.8=60037.2-7063.2=5

2、2974Pa=53kPa1-10.硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为076X4mm和057X3.5mm。已知硫酸的密度为1831kg/m3，体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：大管：076x4mmm=q-p=9x1831=16479kg/hsVu=qv=9/3600=0.69m/s10.785d20.785x0.0682G=up=0.69x1831=1263.4kg/m2-s11(2)小管：057x3.5mm或:质量流量不变u=2m=16479kg/hs2qV0.785d20.785x0.05229/3600=1.2

3、7m/s=u(d1)2=0.69(68)2=1.27m/s1d502二up二1.27x1831二2325.4kg/m2-s21-11.如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解：以高位槽液面为1-1面,管出口内侧为2-2面，在1-12-2间列柏努力方程:Z1g+；1+1U2+工W22简化：H=（2u2+Wf）/g损失），试核算该过程是否需要泵。解:在贮槽液面1-1与回流管出口外侧2-2间列柏努力方程:Z

4、g+p+冬+工W1p21e2p22f简化:P1+W_Zg+P2+1u2+工Wpe2p22+2U廿Z2g订Wf400103360006000.785d20.78500.142=1.2m/s_(1.3-2.0)0106-600题16附图+20122+300981+150_-721.6J/kg.不需要泵,液体在压力差的作用下可自动回流至塔中1-16.某一高位槽供水系统如附图所示，管子规格为45X2.5mm。当阀门全关时，压力表的读数为78kPa。当阀门全开时，压力表的读数为75kPa,且此时水槽液面至压力表处的能量损失可以表示为W_u2J/kg（u为水在管内的流速）。试求：（1）高位槽的液面高度；（

5、2）阀门全开时水在管内的流量（m3/h）。解:（1）阀门全关,水静止p_pgh.h=丄=78x103=7.95mPg103x9.81(2)阀门全开:在水槽1-1面与压力表2-2面间列柏努力方程:Zig+眷+2u2=Z2g玲+2u2+zW简化:zig七+2u2订W侶x981=需+1u2+u2解之：u2=1.414m/s冗流量：V=d2u=0.785x0.042x1.414=1.776x10-3m3/ss42BJ(IJ1题17附图=6.39m3/h1-17附图所示的是冷冻盐水循环系统。盐水的密度为1100kg/m3,循环量为45m3/h。管路的内径相同，盐水从A流经两个换热器至B的压头损失为9m，

6、由B流至A的压头损失为12m，问：(1)若泵的效率为70，则泵的轴功率为多少？(2)若A处压力表的读数为153kPa，则B处压力表的读数为多少？解:(1)对于循环系统:H=工h=9+12=21mefP=H-Vpg=21x453600 x1100 x9.81=2.83kWP2.83轴功率:P=孑=而=4-04kW(2)ATB列柏努力方程:+U2+ZPg2gAA=-B+-u2+Z+工hPg2gBBfAB简化：A=B+Z+工hPgPgBfAB15x3x103二p+1100 x9.81x（7+9）Bp=19656p（表）BaB处真空度为19656Pa。1-23.计算10C水以2.7X10-3m3/s的

7、流量流过57X3.5mm、长20m水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。（设管壁的粗糙度为0.5mm）V2.7x103解：u=s=1.376m/s0.785d20.785x0.05210C水物性：p=999.7kg/m3,p=1.305x10-3p-saRe=dup=0.05x999.7x1.376=5.27x104p1.305x10-31=05=0.01d50查得久=0.038.工W=A丄聖=0.038x2Lx=14.47J/kgfd20.052工h=EW/g=1.475mffAP=EW-pf=14465.7Pa1-25.如附图所示，用泵将贮槽中20C的水以40m3/h的流量输送至高位槽。

8、两槽的液位恒定，且相差20m,输送管内径为100mm,管子总长为80m（包括所有局部阻力的当量长度）。已知水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.005X10-3Pas，试计算泵所需的有效功率。=0.2解:u=403600=1.415m/s0.785x0.120.1x8.2xL415005x103/d=0.2/100=0.002题23附图.A=0.023在贮槽1截面到高位槽2截面间列柏努力方程:Zg+p+1u2+W=Zg+u2+工WP21e2p22简化：W二Zg+zWe2f而：l+工lu2ed2=0.02380 xx0.1.41522=18.42J/kgWe=20

9、x9.81+18.42=214.6J/kgNe=We-ms=We-V-p=214.62xs403600 x998.2=2380W沁2.4kW1-28.如附图所示，密度为800kg/m3、粘度为1.5mPas的液体，由敞口高位槽经卩114X4mm的钢管流入一密闭容器中，其压力为0.16MPa（表压），两槽的液位恒定。液体在管内的流速为1.5m/s，管路中闸阀为半开，管壁的相对粗糙度-d=0.002,试计算两槽液面的垂直距离Az。解:在高位槽1截面到容器2截面间列柏努力方程:Zg+1+u2=Zg+2+u2+工W1P212P22f简化：AZg七+工WfduPRe=一0.106x800 x1.51.5

10、x10-3=8.48x104管路中:进口g=0.590C弯头g=0.752个半开闸阀g=4.5出口g=1由乞力=0.002,查得九=0.026辽s=(几d心丐=(0-026x30.：06+0-5+2x0-75+4-5+】)-2=60.87J/kg.AZ=(p+EW)/g=(0.16x106+60.87)/9.81=26.6mPf8001-31粘度为30cP、密度为900kg/m3的某油品自容器A流过内径40mm的管路进入容器B。本方程可得：两容器均为敞口，液面视为不变。管路中有一阀门，阀前管长50m，阀后管长20m（均包括所有局部阻力的当量长度）。当阀门全关时，阀前后的压力表读数分别为8.83

11、kPa和4.42kPa。现将阀门打开至1/4开度，阀门阻力的当量长度为30m。试求：管路中油品的流量。解：阀关闭时流体静止，由静力学基z=aAPg8.83x103900 x9.81=104.42x103Pg900 x9.81当阀打开14开度时，在AA与BB截面间列柏努利方程:zg+1u2+PaA2APzg+1u2+PbB2BP+EWf其中：PA=PB=0（表压），S=UB=0则有(Za-Zb)g=巩l+XlU2ed2a）由于该油品的粘度较大，可设其流动为层流，则64_64卩RedPu代入式（a）,有(zA-zB)g_64pl+Xlu2e-dPud232p(l+Xl)ud2P0.042x900

12、x(10-5)x9.8132x30 x10-3x(50+30+20)=0.736m/s.d2p(z-z)g.U二AB-32卩(l+Zl)e校核：dpuRe=0.04x900 x0.73630 x10-3=883.2V1=2.27X10-3m3、t2=100s、V2=3.35X10血、3=200s由于q1V_2.27x10-3A0.093=24.41x10-3V_3.35x10-3A0.093=36.02x10-3根据式（2-38a）q2+2qq二Kt.e11q2+2qq=Kte22二50K二10(K(24.41x10-3)2+2x24.41x10-3qe(36.02x10-3)2+2x36.0

13、2x10-3qe联立解之：q=4.14X10-3K=1.596X10-5e因此q2+2x4.14x10-3q二200 x1.596x10-533q3=0.0525所以V3=q3A=0.0525X0.093=4.88X10-3m3第三章传热1有一加热器，为了减少热损失，在壁外面包一层绝热材料，厚度为300mm,导热系数为0.16w/(m.k)，已测得绝热层外侧温度为30C,在插入绝热层50mm处测得温度为75C.试求加热器外壁面温度.解：t2=75C,t3=30C,入=0.16w/(m.k)t757530TOC o 1-5 h z-4=0.250.050160.16t=45x5+75=300C1

14、2.设计一燃烧炉时拟采用三层砖围成其炉墙，其中最内层为耐火砖，中间层为绝热砖，最外层为普通砖。耐火砖和普通砖的厚度分别为0.5m和0.25m,三种砖的导热系数分别为1.02W/(mC)、0.14W/(mC)和0.92W/(mC),已知耐火砖内侧为1000C，普通砖外壁温度为35C。试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖内侧温度不超过940C，普通砖内侧不超过138C。解：74q=14bbb31+2+3九入九123=1000-35=1000-12=0.5b0.25=0.521.020.140.921.02a)将t2=940C代入上式，可解得b2=0.997m(b)tttt100035t35TOC

15、 o 1-5 h z14=_34=3b住红虬0.5If0.250.25入+九+九九1.02+0.14+0.920.921233将t3=138C解得b2=0.250m将b2=0.250m代入(a)式解得：t2=814.4C故选择绝热砖厚度为0.25m3.50 x5mm的不锈钢管，热导率入l=16W/mK；管外包厚30mm的石棉，热导率为入2=0.25W/(mK)。若管内壁温度为350C，保温层外壁温度为100C，试计算每米管长的热损失及钢管外表面的温度；解：这是通过两层圆筒壁的热传导问题，各层的半径如下管内半径=20mm=0.02m,管外半径r=25mm=0.025m給外半径+保温层厚度岸0.0

16、25+0.03=0055m每米管长的热损失：Q2n(tt)1_2x3.14x(350-100)，厂155=397W/mr1r125155ln2+In21ln+ln16200.22252n(tt)1l1r1rln2+ln3r1122t-tt-t359-t12二23nK25二1r1rIn2In2r2r1111t二349C2In-1620-100r550ln252r26.冷却水在25x2.5mm、长度为2m的钢管中以1m/s的流速流动，其进出口温度分别20C和50C，试求管内壁对水的对流传热系数。解：空气的定性温度：20；5二35C。在此温度查得水的物性数据如下:c=4.174kJ/kg-Kp久=6

17、2.57x10-2W/m-K,“二7.28x10-5Pa-sp二994kg/m3u=1m/s“72.8x10-5Re=如=.2X1X994=2730710000c“Pr=E=4.872l/d=2/0.02=100a=0.023-Re0.8Pr0.4=0.023x62.57x10-2x27307。$x4.870.4d0.02=0.7195x3540 x1.88=4788W/(m2-C)3-15载热体流量为1500kg/h,试计算各过程中载热体放出或得到的热量。(1)100C的饱和蒸汽冷凝成100C的水；(2)110C的苯胺降温至10C；(3)比热容为3.77kJ/(kgK)的NaOH溶液从370

18、K冷却到290K；(4)常压下150C的空气冷却至20C；(5)压力为147.1kPa的饱和蒸汽冷凝，并降温至C。q-黒0kg/s,r二2258kJ/kgm3600Q二qr二x2258二941kWm3600383+283T二-二333Kc二2.19kJ/(kg-K)m2pQ二qc(T-T)二1500 x2.19x(383-283)二91.3kWmp123600(2)NaOHc二3.77kJ/(kg-K)pQ二qc(T-T)二1500 x3.77x(370-290)二126kWmp123600c二1.009kJ/(kgC)p(4)t二20+150二85Cm2Q二qc(t-1)mp12(5)p二1

19、47.1kPa1500 x1.009x(150-20)二54.7kW3600t二111C,r二2230kJ/kgst二50C2c二42kJ/(kgC)p二111-50二80.5C2Q=qr+c(t-1)=mp12揣(2230+4.2261)二l0359kW.3-17在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s的苯由350K冷却至300K，冷却水进出口温度分别为290K和320K。试求冷却水消耗量。解：t二350+300二325Kc二1.83kJ/(kg-K)m2p1Q二qc(T-T)二1.25x1.83x(350-300)二114.3kWm1p112290+3202二305Cc二4.174k

20、J/(kgC)p=0.91kg/sQ_114.3c(t-t)4.174x30p2123-18在一列管式换热器中，将某液体自15C加热至40C，热载体从120C降至60C试计算换热器中逆流和并流时冷热流体的平均温度差。解：逆流解：逆流：At二120-40二80C,At二60-15二45C12 HYPERLINK l bookmark280 o Current Document At-At80-4535At二12二二二60.8Cm1At1800.5753 HYPERLINK l bookmark284 o Current Document lniln HYPERLINK l bookmark300

21、 o Current Document At452并流At二120-15二105C,At二60-40二20C12 HYPERLINK l bookmark292 o Current Document At-At105-208512=Atln1At2At=mln105201.658二51-3C3-20在一内管为25x2.5mm的套管式换热器中，管程中热水流量为3000kg/h，进出口温度分别为90C和60C；壳程中冷却水的进出口温度分别为20C和50C,以外表面为基准的总传热系数为2000W/（m2C）,试求：（1）冷却水的用量；（2）逆流流动时平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时平均温度差

22、及管子的长度。解：Q二qc(T-T)二qc(t-1)m1p112m2p212c=4.19kJ/kg,c=4.174kJ/kgp1p23000 x4.19x(90-60)二qx4.174x(50-20)m2q二3011kg/hm2逆流：At二90-50二40C,At二60-20二40C12At二40CmQ二KSAtm-S二KAT3000 x4.19x103x303600 x2000 x40=1.309m2ms1.309sndllnd3.14x180 x10-32.315m并流At90-2070C,At60-5010C12At-At70-1060At1230.76CmlAtl701.95 HYPE

23、RLINK l bookmark298 o Current Document ln1lnAt102SKAt3000 x419x30123600 x2000 x30.76sndm1.7033.14x180 x10-33.01m吸收2.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875X10迢kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa,水温30C,溶液密度为1000kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得30C，水的p4.2kPasp*Ap-ps101.3-4.297.1kPaP稀溶液：c沁-MS1000IF55.56km

24、ol/m3c2.875x10-2Ac55.565.17x10-4E=厶=97.1x5.17x10-4=1.876x105kPac2.875x10-2H二二2.96x10-4kmol/(kifi3ap*97.1AE_1.876x105p101.3_18525用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6（体积），吸收后气体出口中含氨0.4（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为Y*_2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解：_0.06_0.064Y*_2.52X_2.52x0.012_0.030241-y1-0.06111y0.004_0.0

25、0402Y*_2.52X_2.52x0_01-y1-0.004222塔顶：AY_Y-Y*_0.0040=20.00402222塔底：AY_Y-Y*_0.064-0.03024_0.0341117在温度为20C、总压为101.3kPa的条件下，SO2与空气混合气缓慢地沿着某碱溶液的液面流过，空气不溶于某碱溶液。SO2透过1mm厚的静止空气层扩散到某碱溶液中，混合气体中SO2的摩尔分率为0.2，SO2到达某碱溶液液面上立即被吸收，故相界面上SO2的浓度可忽略不计。已知温度20C时，SO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求SO2的传质速率为多少？解:SO2通过静止空气层扩散到某碱溶液液面属

26、单向扩散，可用式N_DP（p-p）。ARTzpA1A2Bm已知：SO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8X10-5m2/s扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa气相主体中溶质SO2的分压pA1=pyA1=101.3X0.2=20.27kPa气液界面上so2的分压pA2=0所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p-pA1=101.3-20.27=81.06kPa气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p-pA2=101.3-0=101.3kPa空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：pBmPP101.3-81.06908kPh=90.8kPan1

27、01.3-ln81.06B2pInB2pB1Dp代入式N=ARTzpBm(PA!-PA2)，A=rTDT(PA1Bm-PA2)8.31需9鳥001-黑-(2-27-0)=1.67X10-4kmol/(m2s)10.用20C的清水逆流吸收氨一空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20r，总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.0133kPa，要求混合气体处理量为773m3/h,水吸收混合气中氨的吸收率为99%。在操作条件下物系的平衡关系为Y*二0.757X，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg?（2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。解：1)Y=冬=心3=0.01

28、1p101.3-1.0133B=Y(1-n)=0.01(1-0.99)=1x10-421773x273二(1-0.01)二31.8kmol/h293x22.4Y-Y31.8(0.01-0.0001)L二V1二二23.8kmol/hminX*-X12竺-00.757实际吸收剂用量L=2L.=2X23.8=47.6kmol/hmin=856.8kg/h2)X1=x2+v(y1-y2)/l=0+31.8(0.01-0W01)二0.0066121247.611.在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A，已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04（摩尔分数，下同），出塔尾气中A的浓度为0.0

29、05，出塔水溶液中组分A的浓度为0.012,操作条件下气液平衡关系为Y*二2.5X。试求操作液气比是最小液气比的倍数？解：y11-y1=0.04=0.04171-0.04=0.005=0.0051-y1-0.0052X=1=0.012=0.01211-x1-0.0121IV丿minY-Y12X*1Y-YY0.005 HYPERLINK l bookmark376 o Current Document 12=m(1)=2.5(1)YY0.0417 HYPERLINK l bookmark378 o Current Document 亠1m=2.2LY-Y=+2VX-X120.0417-0.005

30、=3.030.0121-03.03IV丿mi1.3812.用SO2含量为1.1X10-3（摩尔分数）的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为Y*=17.8X，求气相总传质单元数。解：37800吸收剂流量L=卞-=2100kmol/h18y0.09Y=.=0.09911-y1-0.091Y=Y(1-n)=0.099(1-0.8)=0.019821惰性气体流量V=100(1-y)=100(1-0.09)=91kmol/h1X二X+V(Y-Y)二

31、1.1x10-3+1(0.099-0.0198)=4.53x10-32100AY1=Y-Y*=0.099-17.8x4.53x10-3=0.018411AY=YY*=0.019817.8x1.1x10-3=2.2x10-42*22AYmAY-AYJAY2In1AY20.0184-2.2x10-4=4.1x10-310.0184In2.2x10-4NOGY-Y0.099-0.019812=19.3AYm4.1x10-313.空气中含丙酮2%(体积分数)的混合气以0.024kmol/(m2s)的流速进入一填料塔，今用流速为0.065kmol/(m2s)的清水逆流吸收混合气中丙酮，要求的丙酮的吸收率

32、为98.8%。已知操作压力为100kPa,在操作条件下亨利系数为1.77kPa,气相总体积吸收系数为Ka=0.0231kmol/(m3-s)。试用吸收因数法求填料呈高度?Y解：y0.02已知Y=0.0211-y1-0.021Y=Y(1-n)=0.02x(1-0.988)=0.0002421m=E=177kPa=1.77p100kPaS=mV=Ex.24=0.653L0.065Nog=侍ln(1-S)+S1-nNOG=匸曲(1-0653)1-0.988+%53=976HOG0.024=1.039mKaQ0.0231YZ二N-H二9.76x1.039二10.14mOGOG6-3试计算压力为101.3KPa时，苯-甲苯混合液在96C时的气液平衡组成，已知96C,PA*=160.52KPa,P